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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氦三温区磁制冷。更具体地,涉及稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用。
技术介绍
1、在1917年,由weiss和picard最初发现磁热效应后,磁制冷就逐渐发展为一种有前景的制冷方式。磁制冷的应用场景主要包括室温和低温。和室温磁制冷主要依靠于具有剧烈一级相变的铁磁材料不同,低温磁制冷只需要磁制冷材料在低温下尽可能保持顺磁性,因此具有更广泛的工质来源。同时由于超导物理、医学成像、气体液化等技术的飞速发展,稳定低温环境的实现越来越被人们所需求。低温磁制冷由于高的热力学效率以及不依赖于重力作用的优势,已被认为是各种冷却技术的有力替代方案。
2、目前,在氦三温区的应用场景已经越来越多,这要求磁制冷材料需要在相应的温区具有大的磁热效应。根据热力学第三定律,当温度趋近0k时,物质的比热也趋近于0。在空间探测等领域,常采用量热型传感器对各波段电磁波进行测量。这些探测器由“像素”构成,每个像素为一个具有一定热容的量热器。当能量入射时,像素的热容越小,升温越显著,探测器的分辨率就越高。因此,要保持高分辨率的空间探测图像,需要将温度稳定在1k以下。此外,在一些极端物理效应的研究上,例如玻色-爱因斯坦凝聚的验证、宇称不守恒定律的验证、反常量子霍尔效应的实现等等,也都需要构建低于1k的极低温场景。然而,目前主流磁制冷材料的研究主要集中在2k以上,较少涉及到氦三温区,因此急需拓展可应用于氦三温区的磁制冷材料,以匹配上述高端领域。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本专利技术的目的
2、为达到上述目的,本专利技术采用下述技术方案:
3、本专利技术公开稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用,所述稀土水合盐的化学通式为r2mn3(no3)12·24h2o,其中为r为ce、pr或nd中的一种。
4、在本专利技术中,将所述稀土水合盐作为磁制冷材料用于0.4-1.6k的环境温度中进行磁制冷过程,以ce2mn3(no3)12·24h2o为例,发现当环境磁场强度从0t增加到1t时,其等温磁熵变最大值为23.5j kg-1k-1,当环境磁场强度0t增加到2t时,其等温磁熵变最大值为34.0jkg-1k-1,说明该稀土水合盐在极低温、低磁场下具有大的磁热效应,在磁熵变性能上远超其他商用的水合盐磁制冷材料,可满足氦三温区磁制冷的应用要求,这对于推动氦三温区磁制冷技术的发展具有重大意义。
5、进一步,所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6k。
6、进一步,所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到:
7、称取r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o,加入一定量的去离子水混合均匀,滴加稀硝酸,调至ph为1.5-2.5,得到混合液,然后在加热的条件下将混合液超声震荡1-2h,冷却后采用蒸发结晶法,得到目标单晶。
8、进一步,所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o的摩尔比为2:3。
9、进一步,所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o的总质量与去离子水的质量比为1:2-3;优选为1:2.5。
10、进一步,所述加热的温度为50-60℃;示例性地,所述加热的温度可以为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃等等,优选为55℃。
11、进一步,所述ph值为2,即混合液的ph值为2。
12、进一步,所述蒸发结晶法的时间为60-84h。
13、进一步,所述r(no3)3·nh2o选自ce(no3)3·6h2o、pr(no3)3·6h2o和nd(no3)3·6h2o中的一种。
14、进一步,所述稀土水合盐的化学式为ce2mn3(no3)12·24h2o,其空间群为晶格参数为α=β=90°,γ=120。
15、本专利技术的有益效果如下:
16、在本专利技术中,将所述稀土水合盐作为磁制冷材料用于0.4-1.6k的环境温度中进行磁制冷过程,以ce2mn3(no3)12·24h2o为例,发现当环境磁场强度从0t增加到1t时,其等温磁熵变最大值为23.5j kg-1k-1,当环境磁场强度0t增加到2t时,其等温磁熵变最大值为34.0jkg-1k-1,说明该稀土水合盐在极低温、低磁场下具有大的磁热效应,磁熵变性能上,远超其他商用的水合盐磁制冷材料,已满足氦三温区磁制冷的应用要求,这对于推动氦三温区磁制冷技术的发展与其商业化具有重大意义。
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1.稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用,其特征在于,所述稀土水合盐的化学通式为R2Mn3(NO3)12·24H2O,其中为R为Ce、Pr或Nd中的一种。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6K。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述稀土水合盐的化学式为Ce2Mn3(NO3)12·24H2O,其在0.4-1.6K、0-2T时,最大磁熵变为34.0J kg-1K-1。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到:
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述R(NO3)3·nH2O和Mn(NO3)2·nH2O的摩尔比为2:3。
6.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述R(NO3)3·nH2O和Mn(NO3)2·nH2O的总质量与去离子水的质量比为1:2-3;优选为1:2.5。
7.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述加热的温度为50-60℃;优选为55℃。
8.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所
9.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述蒸发结晶法的时间为60-84h。
10.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述R(NO3)3·nH2O选自Ce(NO3)3·6H2O、Pr(NO3)3·6H2O和Nd(NO3)3·6H2O中的一种。
...【技术特征摘要】
1.稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用,其特征在于,所述稀土水合盐的化学通式为r2mn3(no3)12·24h2o,其中为r为ce、pr或nd中的一种。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6k。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述稀土水合盐的化学式为ce2mn3(no3)12·24h2o,其在0.4-1.6k、0-2t时,最大磁熵变为34.0j kg-1k-1。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到:
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·n...
【专利技术属性】
技术研发人员:涂衡,陈祖华,沈俊,李振兴,张国春,
申请(专利权)人:中国科学院理化技术研究所,
类型:发明
国别省市:
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